6 Выделение газов (н2, со, сн4, с2н8,); 7 выделение конечного продукта
(олефинов); 8 возвращение предельных углеводородов на дегидрирование.
После проведения реакции смесь газов (контактный газ) очищают от пыли катализатора и охлаждают. При этом тяжелые углеводороды конденсируются и отделяются в сепараторах. Дальнейшее разделение газов осуществляется абсорбцией и ректификацией.
Катализатор через определенное время требует регенерации, которая осуществляется путем подачи воздуха для выжигания смолистых отложений и кокса. Регенерацию проводят в специальных регенераторах, соединенных с реакторами.
Процессы дегидрирования осуществляются преимущественно в реакторах с «кипящим» слоем катализатора (рисунок 7.10). Катализатор находится на распределительных решетках. Перегретые пары (газы) пропускают снизу вверх через решетки с такой скоростью, чтобы частицы катализатора пришли в движение, а весь слой перешел из неподвижного в подвижное (взвешенное) состояние. При таком состоянии слой напоминает кипящую жидкость.
Рисунок 7.10 Схема реактора с «кипящим» слоем катализатора:
1 – подача исходной смеси; 2 – подача свежего катализатора; 3 – реактор; 4 – циклон;
5 – линия продуктов реакции; 6 – отработанный катализатор;
7 – распределительные решетки.
В «кипящем» слое происходит мгновенное выравнивание температуры, интенсифицируются процессы тепломассообмена, активность катализатора повышается. Этот способ имеет существенный недостаток – унос катализатора из реактора (особенно мелких частиц). Улавливание пыли осуществляется в циклонах и электрофильтрах. Использование двухаппаратной системы «реактор –регенератор» (рисунок 7.11), позволяет непрерывно осуществлять процессы дегидрирования и восстановления катализатора.
Рисунок 7.11 Схема реактора с кипящим слоем и регенератора для
восстановления активности катализатора:
1 – регенератор; 2 – линия регенерационных газов; 3 батарейный циклон;
4 – продукты реакции на разделение; 5 – реактор; 6 – отпарная колонна; 7 – горячий
воздух; 8 – подача водяного пара; 9 – подача восстановленного катализатора в
реактор; 10 –подача сырья.
Горючую среду в процессах дегидрирования составляют горючие продукты, заполняющие реактор, и соединенный с ним регенератор, в который подается воздух, пары и газы. При повышении давления в реакторе горючие пары и газы могут попасть в регенератор, при повышении давления в регенераторах воздух может перейти в реактор (в обоих случаях могут образоваться взрывоопасные смеси).
Причины повышения давления:
попадание воды из котла-утилизатора в систему отвода продуктов горения из регенератора;
прекращение подачи воды в конденсаторы холодильники или при внезапном отключении компрессоров;
образование пробок в линиях транспорта катализатора может нарушить работу системы «реактор – регенератор» и обусловить попадание газов в регенератор;
недостаточная подача горячего воздуха в регенератор или сильное загрязнение катализатора горючими отложениями (происходит с образованием окиси углерода, которая с воздухом образует взрывоопасные концентрации).
Температура при проведении процессов дегидрирования колеблется в пределах 0 – 300 оС, давление в пределах 150 – 200 МПа. Потому характерным источником зажигания будут тепловое проявление химических процессов и нагретые поверхности оборудования.
Пути распространения пожара: взрыв, растекание горючих жидкостей, горение их на больших площадях.
Пиролиз это разложение органических соединений, сопровождающееся их деструкцией. Пиролиз происходит под действием высоких температур (более 700 оС) и осуществляется в газопаровой фазе без доступа воздуха. Принципиальная технологическая схема пиролиза углеводородов приведена на рисунке 7.12. Пиролиз может сопровождаться процессом полимеризации.
Рисунок 7.12 – Принципиальная технологическая схема пиролиза
углеводородов:
1 – углеводородное сырье; 2 – испарение; 3 – сероочистка; 4 – подогрев; 5 – пиролиз в
реакторе «трубчатая печь»; 6 – подача водяного пара; 7 – процесс закалки; 8 охлаж-
дение пирогаза и выделение смолы; 9 – сжатие компрессорами; 10 освобождение от
легких смол и паров воды; 11 – газоразделение (низкотемпературная ректификация и
абсорбция; 12 – готовая продукция; 13 – возврат тяжелых УВ на пиролиз.
Под действием высоких температур углеводороды разлагаются с образованием предельных и непредельных углеводородов с более низким молекулярным весом. Сырьем для пиролиза являются продукты переработки нефти, попутные газы нефтедобычи и газы, выделяющиеся из нефти, природные углеводороды. Например, при пиролизе пропана получаются этилен и метан, пропилен, ацетилен и другие углеводороды. Реакция пиролиза этилена имеет вид:
С3Н8 С2Н4+СН4 (7.4)
При пиролизе происходит целый комплекс превращений, из которых можно выделить две основные группы реакций:
первичные реакции (реакции, связанные с распадом исходного сырья, ведущие к образованию значительного количества непредельных углеводородов);
вторичные реакции (реакции синтеза новых углеводородов, образующихся в результате взаимодействия продуктов первичного распада).
Первичные реакции протекают при высоких температурах (чем меньше молекулярный вес углеводорода, тем более высокая температура необходима для его разложения). Так, метан разлагается при температуре 900 °С; этан – выше 600 °С; пропан – выше 500 °С.
Вторичные реакции при пиролизе протекают по механизму дегидрирования, полимеризации и поликонденсации.
Пиролиз осуществляется в реакторах полного вытеснения (трубчатых печах) показанном на рисунке 7.13. Перед пиролизом жидкость испаряют, пары и газы очищают от сернистых соединений, подогревают и подают в змеевик печи. Пиролизный газ на выходе из реактора подвергают резкому охлаждению (закалке), чтобы прекратить реакцию, затем окончательно охлаждают, отделяют тяжелые (жидкие) углеводороды и осуществляют разделение, выделяя целевые продукты.
Рисунок 7.13 Схемы трубчатых печей для пиролиза легких углеводородов:
а – с вертикальной конвекционной камерой; б – с вертикальной радиантной камерой:
1 – подача сырья; 2 – трубы змеевика; 3 – выход пиролизного газа; 4 – горелки.
Горючую среду в процессах пиролиза составляют углеводородные газы, которые используются в трубчатых печах и нагретые значительно выше температуры самовоспламенения (при повышении температуры резко возрастает скорость и глубина пиролиза). Увеличение температуры на 15-20 оС сверх оптимального значения (800 оС) ускоряет пиролиз бутана, пропана и этана примерно в 2 раза. При высокой температуре увеличивается скорость реакций распада углеводородов до углерода и водорода, что сопровождается интенсивным коксообразованием. Увеличение содержания тяжелых углеводородов в сырье без соответствующей корректировки температуры может привести к интенсивному образованию кокса и прогару труб.
Специфические источники зажигания: открытый огонь пиролизных печей, раскаленные поверхности труб реакторов и кладка печей, самовозгорание сульфидов железа и др.
Путями распространения пожара, как правило, являются газовоздушные смеси.